(57)【要約】【課題】単電池間の連結強度が十分で、溶接時の無効分流による電池缶への損傷の少ない二次電池を提供する。【解決手段】二次電池は、極性が互いに反対に並置された２個の単電池１、３が金属製のブスバＡ２により直列接続されている。溶接部には、溶接点となる位置に２つの第１貫通部４と、単電池１、３側に向けて突設されたプロジェクション６ａ、６ｂとが設けられている。プロジェクション６ａ、６ｂと第１貫通部４によって露出した端子上面５ａ、５ｂとの組み合わせ（６ａ、５ａ）、（６ｂ、５ｂ）でシリーズスポット溶接が行われることで、ブスバＡ２と端子とが接続されている。プロジェクション６及び第１貫通部間４には、単電池１の正極側の端子上面５ａ、５ｂの上面中央の排気口７に対応する位置に第２貫通部８が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接する単電池の端子間を接続するブスバを備えた二次電池において、前記ブスバには、前記端子と前記ブスバとを接続するためのシリーズスポット溶接電極の一方の極が位置する箇所に、前記端子の上面が露出する第１の貫通部が形成されたことを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記ブスバは、前記シリーズスポット溶接電極の他方の極が位置する箇所に、前記端子側に突出したプロジェクションを有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記単電池の少なくとも一方の端子の上面には排気口が形成されており、前記ブスバには、該排気口が位置する箇所に第２の貫通部が形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記第１の貫通部と前記第２の貫通部とが連続していることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
【請求項５】
前記ブスバの前記端子の上面に位置する部分が二股形状であることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池に係り、特に、隣接する単電池の端子間を接続するブスバを備えた二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種の電動工具や電動アシスト自転車、さらには、電動原動機付自転車、電気自動車などの駆動源として、複数個の単電池を直列ないし直並列に接続した組電池が利用されている。接続の形態としては様々なものがあり、例えば、単電池の軸線方向に並べて連結した細長い円柱状のもの（例えば、特許文献１参照）、単電池を並置して連結したもの（例えば、特許文献２、３参照）などがある。
【０００３】
また、単電池間を電気的及び機械的に接続する導電部材として金属製のブスバが知られている。例えば、ブスバの両端部を、それぞれ、１の単電池の一方の電極となる金属製キャップと、他の単電池の他方の電極となる電池缶底とにシリーズスポット溶接することで、２つの単電池を直列接続し、さらにこれを必要な単電池数繰り返して、組電池の所要出力電圧を得ることができる（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１０６５３３号公報
【特許文献２】特開２００４−１５２７０６号公報
【特許文献３】特開２００４−１６４９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように、組電池を細長い円柱状の構造体とする場合には、組電池全体の外形、各単電池の長さ及び平行度を高い精度で管理する必要があるため、コストアップを招きやすく、電動原動機付自転車、電気自動車などの駆動源として振動する環境下で使用されると、連結の機械的強度が不十分なことから過酷な振動や衝撃を受けたときにブスバと単電池との溶接点が外れることがある。
【０００６】
この点、特許文献２、３のように、単電池を並置した構造体とする場合には、ブスバは、金属製キャップと一方の電極を兼ねる電池缶底を架け渡す状態に載置されることから、支持された安定姿勢でシリーズスポット溶接により接続されて、作業性の点では、接合不良といった不具合が生じるおそれがない。しかしながら、シリーズスポット溶接では、ブスバ上の溶接点が近い場合、もしくは、スリット等で溶接点間に隔たりが設けられていない場合、溶接点間の抵抗が小さいため、溶接時に該ブスバ表面に溶接電流が流れる等して、溶接時の無効分流が生じる。この結果、溶接エネルギーが損失し、接合不良が生じるおそれがある。このエネルギー損失分を考慮した溶接条件、つまり、溶接エネルギーの大きな条件の場合、接合不良は免れるが、被溶接物の電池缶にダメージが与えられ（損傷して）、漏液等の問題が生じるおそれがある。更に、溶接電極が消耗しやすいし、エネルギー損失も大きく、無駄なコストが生じやすい。
【０００７】
ところで、単電池には、過充電時の破裂等を防止するための開裂弁を有する金属製キャップを備え、このキャップ上面中央に排気口が形成されたものがあり、これとシリーズスポット溶接されるブスバは、排気口を封じないように載置される必要がある。従って、キャップの排気口周縁に複数の溶接点を形成する場合には、ブスバの溶接点間にキャップの排気口に対応する位置にスリット等の貫通部が形成されなければならない。
【０００８】
本発明は上記事案に鑑み、単電池間の連結強度が十分で、溶接時の無効分流による電池缶及びブスバへの損傷の少ない二次電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、隣接する単電池の端子間を接続するブスバを備えた二次電池において、前記ブスバには、前記端子と前記ブスバとを接続するためのシリーズスポット溶接電極の一方の極が位置する箇所に、前記端子の上面が露出する第１の貫通部が形成されたことを特徴とする。本発明の構成によれば、シリーズスポット溶接電極の一方の極がブスバ表面ではなく単電池の端子に直に接触するため、溶接電流はブスバ表面には流れず、ブスバと単電池の端子が接している部分を通電するので、単電池間の連結強度が十分な二次電池を得ることができる。
【００１０】
本発明において、ブスバが、シリーズスポット溶接電極の他方の極が位置する箇所に、端子側に突出したプロジェクション（突起）を有していれば、ブスバと単電池の端子との接点がプロジェクションによって決まり、この接点に溶接電流が集中して通電されることで、溶接エネルギー損失が少ない溶接条件を選定できるため、被溶接物の電池缶及びブスバが傷みにくく、かつ、溶接電極の消耗を抑えることができる。また、単電池の少なくとも一方の端子の上面には排気口が形成されており、ブスバには、該排気口が位置する箇所に第２の貫通部が形成されていれば、単電池とブスバとをシリーズスポット溶接しても、端子の上面に形成された排気口が封さがれることなく、排気口を機能させることができる。
【００１１】
上記態様において、第１の貫通部と第２の貫通部とが連続（連通）していれば、貫通部が大きくなり溶接電極と直に接触可能な面が増え、電極の接触面積を大きくして抵抗を下げることが可能となる。これと比較して、もう一方のプロジェクション部側の電極の抵抗が相対的に大きくなることから、溶接エネルギーを抑えても溶接ナゲットが形成されやすくなるため、被溶接物にダメージの少ない溶接条件が選定できる。このとき、ブスバの端子の上面に位置する部分が二股形状であれば、二つの溶接点がより隔てられる。２点目の溶接時には、１点目の溶接点の影響を受け、分流が発生しやすいが、この影響を抑えることができる。このため、溶接エネルギー損失を更に抑えることが可能となり、被溶接物によりダメージの小さな溶接条件を選定しやすい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シリーズスポット溶接電極の一方の極がブスバ表面ではなく単電池の端子に直に接触するため、溶接電流はブスバ表面には流れず、ブスバと単電池の端子が接している部分を通電するので、単電池間の連結強度が十分な二次電池を得ることができる、という効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明を、電動アシスト自転車の電源として使用される並置型二次電池に適用した第１の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１及び図２に示すように、本実施形態の二次電池は、極性が互いに反対に並置された２個の単電池１、３が金属製のブスバＡ２により直列接続されている。なお、２個の単電池１、３は、移動体用電源として使用される場合に備え、図示しない枠体で遊動しないように固定されている。
【００１５】
単電池１、３は、例えば、マンガン酸リチウム等を正極合剤の主要構成材料とし、非晶質炭素等を負極合剤の主要構成材料とした高性能リチウム（二次）電池であり、セパレータを介して正負極板を渦巻き状に捲回した捲回群が熱伝導性の高い円筒状有底電池缶内の中央部に配置され、捲回群は非水電解液に浸潤されている。捲回群の上下端からは、それぞれ、正極リード、負極リードが導出されている。正極リードは正極端子となる金属製キャップの底面（後述する下蓋キャップ）に接続されており、負極リードは負極端子となる電池缶に接続されている。この金属製キャップは、ガスケットを介して電池缶の開口部にかしめ固定されることで、単電池１、３は密封されている。なお、単電池１、３の両端面を除く側周面は、熱収縮性のシュリンクチューブで被覆されている。従って、電池缶の底面が負極端子となる。
【００１６】
金属製キャップは、円盤状で中央部が上方側に突出し正極端子を兼ねる上蓋キャップと、円盤状で単電池１、３の内部に連通した連通穴を有する下蓋キャップと、円盤状の板状部材に開裂溝が形成された開裂弁とを有するユニット体として構成されており、上蓋キャップ及び下蓋キャップの周縁がかしめ固定されることで開裂弁が金属製キャップ内に収容されている。上蓋キャップの上方側に突出した中央部には、円形穴状の排気口７が形成されている。従って、単電池１、３の内圧が所定値以上となると、開裂弁の開裂溝が開裂し、単電池１、３内のガスは、下蓋キャップの連通穴、開裂弁の開裂溝、上蓋キャップの排気口７を介して単電池１、３の外部に排出される。なお、上蓋キャップ、開裂弁、下蓋キャップは金属製部材で構成されており、金属製キャップが正極端子を兼ねるため、上蓋キャップの上面が正極端子の上面となる。
【００１７】
ブスバ２は、その両端に配置された略円盤状の溶接部と、溶接部より一段高い段差が形成され溶接部間を接続する板状の接続部とで構成されている。溶接部には、溶接点となる位置に２つの第１貫通部４と、単電池１側に向けて突設されたプロジェクション（突起）６ａ、６ｂとが設けられている（単電池３においても同じ。）。プロジェクション６ａ、６ｂと第１貫通部４によって露出した端子上面５ａ、５ｂとの組み合わせ（６ａ、５ａ）、（６ｂ、５ｂ）でシリーズスポット溶接が行われることで、ブスバＡ２と端子とが機械的、電気的に接続されている。換言すれば、シリーズスポット溶接電極の一方の極が位置する箇所に第１貫通部４が形成されており、他方の極が位置する箇所に端子側にプロジェクション６ａ、６ｂが突設されている。プロジェクション６（６ａ、６ｂ）及び第１貫通部４間には、単電池１の正極側の端子上面５（５ａ、５ｂ）の上面中央の排気口７に対応する位置に第２貫通部８が形成されている。
【００１８】
（第２実施形態）
次に、本発明を、電動アシスト自転車の電源として使用される並置型二次電池に適用した第２の実施の形態について説明する。なお、本実施形態以下の実施形態において、第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略し、異なる箇所のみ説明する。
【００１９】
図３に示すように、ブスバＢ９には、第１実施形態で説明したブスバＡ２の第１貫通部４ａ、４ｂと第２貫通部８とが連続（連通）した形状の連続貫通部１１が形成されている。プロジェクション（突起）６ａ、６ｂと連続貫通部１１によって露出した端子上面５との組み合わせ（６ａ、５）、（６ｂ、５）でシリーズスポット溶接が行われることで、ブスバＡ２と端子とが機械的、電気的に接続されている。ちなみに、連続貫通部１１は、単電池１の正極側の端子上面５の上面中央の排気口７に対応する位置に形成されている。
【００２０】
（第３実施形態）
次に、本発明を、電動アシスト自転車の電源として使用される並置型二次電池に適用した第３の実施の形態について説明する。
【００２１】
図４に示すように、ブスバＣ１２（の溶接部）は、プロジェクション（突起）６ａ側とプロジェクション（突起）６ｂ側の二股１４に分かれた形状を有している。また、プロジェクション（突起）６ａ、６ｂと連続貫通部１１によって露出した端子上面５との組み合わせ（６ａ、５）、（６ｂ、５）でシリーズスポット溶接が行われることで、ブスバＡ２と端子とが機械的、電気的に接続されている。ちなみに、単電池１の正極側の端子上面５の上面中央の排気口７を妨げる構造物はない。
【実施例】
【００２２】
次に、上記実施形態に従い作製した実施例の二次電池について説明する。なお、比較のために作成した比較例の二次電池についても併記する。
【００２３】
第１〜第３実施形態の二次電池をそれぞれ実施例１〜３の二次電池とし、図５に示すように、比較例の二次電池では、ブスバＤ１５の溶接点となる位置に４個のプロジェクション（突起）６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが設けられている。更に、単電池１の正極側の端子上面５の上面中央の排気口７に対応する位置に第２貫通部８が形成されている。シリーズスポット溶接は、組み合わせ（６ａ、６ｂ）、（６ｃ、６ｂ）で行った。
【００２４】
次に、以上のように作製した実施例１〜３及び比較例１の二次電池について行った試験について説明する。これらの二次電池のシリーズスポット溶接は、溶接点の引張強度が、例えば、電動アシスト自転車や電気自動車などの駆動源として振動する環境下での十分な溶接強度、５００Ｎ以上となる条件を選定し、溶接状態を被溶接物である電池缶底のメッキ厚さで比較した。試験結果を下表１に示す。ところで、シリーズスポット溶接は抵抗溶接であるが、抵抗溶接条件として、電流値、通電時間、加圧力が選定できる。この場合、同溶接機を使用しているので、溶接電源と溶接トランスで決まる電流は同じとした。更に、被溶接物の材料が同じであることから、加圧力は一定とした。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１に示すように、実施例１〜３の二次電池は、比較例の二次電池と比べて、通電時間がすべて短縮されている。抵抗溶接では、金属が融合して凝固し、ナゲットが生成されるが、この過程で、電池缶のメッキ層は薄くなる。通電時間が短い等、溶接時のダメージが小さい場合、メッキ層への影響が小さくなる。実施例１〜３の二次電池は、通電時間が短いため、溶接後のメッキ厚は比較例の二次電池より厚く残っていた。比較例の二次電池のメッキ厚を１とすると、実施例１〜３の二次電池は、それぞれ、２、２．５、３であった。このため、実施例１〜３の二次電池は耐腐食性が２倍以上向上していると思われる。
【００２７】
上記実施形態の二次電池では、ブスバＡ２、ブスバＢ９、ブスバＣ１２には、端子とこれらのブスバとを接続するためのシリーズスポット溶接電極の一方の極が位置する箇所に、第１の貫通部４（第１実施形態）、連続貫通部１１（第２実施形態）が形成されるか、排気口７を妨げる構造物がない構成（第３実施形態）が採用されている。このため、シリーズスポット溶接電極の一方の極が単電池１の端子に直に接触し、溶接電流はブスバ表面には流れずに、ブスバと単電池１の端子が接している部分を通電するため、単電池間の連結強度が十分な二次電池を得ることができる。
【００２８】
また、上記実施形態の二次電池では、ブスバＡ２、ブスバＢ９、ブスバＣ１２が、シリーズスポット溶接電極の他方の極が位置する箇所に、端子側に突出したプロジェクション６ａ、６ｂを有しているので、ブスバと単電池１の端子との接点がプロジェクション６ａ、６ｂによって決まり、この接点に溶接電流が集中して通電され、上記実施例で示したように、溶接エネルギー損失が少ない溶接条件を選定できるため、被溶接物の電池缶及びブスバが傷みにくく、かつ、溶接電極の消耗を抑えることのできる。この場合に、第２実施形態では、第１貫通部と第２貫通部とが連続（連通）した連続貫通部１１を形成したので、貫通部が大きくなり溶接電極と直に接触可能な面が増え、電極の接触面積を大きくして抵抗を下げることが可能となり、もう一方のプロジェクション６ａ、６ｂ側の電極の抵抗が相対的に大きくなることから、溶接エネルギーを抑えても溶接ナゲットが形成されやすくなるため、被溶接物（電池缶、ブスバ）にダメージの少ない溶接条件が選定できる。また、第３実施形態では、端子の上面に位置するブスバＣ１２の形状を二股１４としたので、二つの溶接点がより隔てられ、１点目の溶接点の影響を受け分流が発生しやすい２点目の溶接時に、この影響を抑えることができるため、溶接エネルギー損失を更に抑えることが可能となり、被溶接物に、よりダメージの小さな溶接条件が選定しやすくなる。
【００２９】
更に、上記実施形態の二次電池では、単電池１の上面に排気口７が形成されており、ブスバには、排気口７が位置する箇所に第２貫通部８、連続貫通部１１が形成されるか、排気口７を妨げる構造物がない構成が採用されている。従って、単電池１とブスバとをシリーズスポット溶接しても、端子の上面に形成された排気口７が封さがれることなく、排気口を機能させることができる。
【００３０】
なお、上記実施形態では、２つの単電池を接続した二次電池を例示したが、本発明はこれに制限されるものではなく、３つ以上の単電池をブスバで接続した二次電池に適用可能であることは論を待たない。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、単電池間の連結強度が十分で、溶接時の無効分流による電池缶への損傷の少ない二次電池を提供するものであるため、二次電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明が適用可能な第１実施形態の二次電池の平面図である。
【図２】第１実施形態の二次電池の側面図である。
【図３】本発明が適用可能な第２実施形態の二次電池の平面図である。
【図４】本発明が適用可能な第３実施形態の二次電池の平面図である。
【図５】比較例の二次電池の平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１、３  単電池
２  ブスバＡ（ブスバ）
４  第１貫通部（第１の貫通部）
５、５ａ、５ｂ  端子上面
６ａ、６ｂ  プロジェクション
７  排気口
８  第２貫通部（第２の貫通部）
９  ブスバＢ（ブスバ）
１１  連続貫通部
１２  ブスバＣ（ブスバ）
１４  二股
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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